槽式拋物面太陽能集熱器系統(tǒng)的仿真模型研究.pdf

1、槽式拋物面太陽能集熱器(Parabolic Trough Collector，簡稱PTC)成本占電站初期總投資的40％以上，加強其技術(shù)研發(fā)、工藝改進是提高熱發(fā)電效率、降低成本的關(guān)鍵。PTC的聚光傳熱過程非常復(fù)雜，包含光能聚集、轉(zhuǎn)換以及耦合傳熱等過程，如何準(zhǔn)確預(yù)測傳熱工質(zhì)出口溫度和系統(tǒng)集熱效率是難點問題。我國曾借鑒國外經(jīng)驗對PTC如何提高集熱溫度和效率進行了一定的研究。由于在PTC熱性能研究中數(shù)據(jù)通常具有隨機、非線性和不確定性等特點，采用

2、傳統(tǒng)方法建模時往往引入一些假設(shè)，導(dǎo)致模擬結(jié)果精度較低。BP(Back Propagation)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力、泛化能力和容錯能力，借助BP網(wǎng)絡(luò)模型進一步對PTC的聚光傳熱特性進行理論探索研究是十分有意義的。
　　本課題基于MATLAB軟件平臺，采用傳統(tǒng)理論建模、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測校正模型、實驗研究相結(jié)合的方法，建立了太陽輻射強度仿真模型、PTC熱性能數(shù)學(xué)模型及PTC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測校正模型。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下

3、:
　　(1)建立了晴天太陽輻射強度的計算模型及其可視化計算界面，實現(xiàn)了在界面上輸入和改變緯度、日期、時間等參數(shù)時，可以快速準(zhǔn)確地得到任意地區(qū)、任意時間的太陽輻射能。將模型得到的太陽輻照強度曲線與實測數(shù)據(jù)曲線進行比較，結(jié)果表明兩者非常接近，說明建立的太陽輻照度模型可以滿足實際的工程需要。
　　(2)建立了PTC的熱損失以及工質(zhì)出口溫度數(shù)學(xué)模型，并通過與美國國家可再生能源實驗室(NREL)對PTR70集熱管的實驗數(shù)據(jù)進行對比分

4、析，驗證了模型的可靠性。并設(shè)計了PTC的熱性能計算界面，實現(xiàn)了輸入PTC外形參數(shù)和氣象信息時，可以較快、較準(zhǔn)確地輸出其熱性能參數(shù)。同時分析了吸收管溫度、環(huán)境因素、傳熱介質(zhì)種類、選擇性吸收涂層發(fā)射率及環(huán)形區(qū)域殘留氣體對PTC熱性能的影響。
　　(3)設(shè)計并搭建了PTC熱性能動態(tài)測試實驗臺，對影響工質(zhì)進出口溫差及瞬時集熱效率的因素進行了探討。實驗結(jié)果表明:隨著太陽輻射強度由745W/m2增加到998W/m2時，環(huán)境溫度變化范圍為26.

5、4～34.6℃，風(fēng)速在1.5～4.3m/s范圍變化時，水進出口溫差從43.7℃升高至69.8℃，PTC瞬時集熱效率從70.1％增加至73.0％。說明了該PTC具有較好的熱性能，為后續(xù)完善研究提供實驗依據(jù)。
　　(4)引入BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)理論模型相互耦合，建立了工質(zhì)出口溫度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測校正模型。并運用Levenberg-Marquardt法對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值及閾值進行優(yōu)化。分析結(jié)果表明預(yù)測校正模型可將絕對誤差控制在3.8℃